權(quán)利要求

1.一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)將鋁電解廢碳素進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)高溫真空蒸餾將可揮發(fā)性物去除，得到二次廢碳素;

(2)將步驟(1)中所得的二次廢碳素以質(zhì)量比1:100-100:1的比例與粒度碳、煤、焦炭制成復(fù)合還原劑;

(3)將步驟(2)中所得的復(fù)合還原劑加入煙化爐進(jìn)行還原操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的鋁電解廢碳素還可以通過(guò)高溫非真空蒸餾法、超高溫真空處理、濕法浮選或機(jī)械破碎物理分離方式進(jìn)行預(yù)處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的鋁電解廢碳素為不經(jīng)過(guò)任何方式預(yù)處理的鋁電解廢碳素。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述步驟(2)中復(fù)合還原劑還包括蒸餾后的陽(yáng)極碳渣或廢陰極炭塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述步驟(2)中復(fù)合還原劑為粉狀、粒狀或塊狀中任一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述步驟(3)中煙化爐為側(cè)吹爐、頂吹爐、真空管式爐或底吹爐中的任一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述步驟(3)中煙化爐內(nèi)熔體還原溫度為100-1800℃;煉鉛還原爐的一次風(fēng)用量和二次風(fēng)用量均為0-10000Nm3/h;煉鉛還原爐的一次風(fēng)氧濃度和二次風(fēng)氧濃度均為20%-100%，煉鉛還原爐的還原時(shí)間為1-1000min;煉鉛還原爐中造渣劑包括石灰、石灰石，石英、鐵礦石、螢石或白云石中任一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述步驟(3)中煙化爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

PbO+C=Pb+CO;

PbO+CO=Pb+CO2;

ZnO+C=Zn+CO;

ZnO+CO=Zn+CO2。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，其特征在于，所述步驟(3)中煙化爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)還包括如下反應(yīng)：

2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明屬于煙化爐工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法。

背景技術(shù)

[0002]中國(guó)是電解鋁生產(chǎn)大國(guó)，2023年中國(guó)電解鋁生產(chǎn)總量達(dá)到4159.4萬(wàn)噸。由于鋁電解使用的炭質(zhì)陽(yáng)極和陰極在電解過(guò)程中發(fā)生選擇性氧化和機(jī)械損耗，部分炭質(zhì)成分掉落進(jìn)入電解質(zhì)，增大電解質(zhì)電阻，降低電流效率。掉落的炭質(zhì)電極在生產(chǎn)過(guò)程中被生產(chǎn)人員定期打撈出電解槽，冷卻后形成炭渣。炭渣2016年被確定為國(guó)家危險(xiǎn)廢物，我國(guó)電解鋁工業(yè)每年會(huì)產(chǎn)生30萬(wàn)噸以上的炭渣，其中含有的碳、冰晶石和氟化鈣等是重要的有價(jià)資源。電解鋁廢陰極炭塊是鋁電解槽拆解過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，含有大量的氟化物及氰化物，氟化物含量一般在20%-40%，氰化物含量約為100g/t，被《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》明確列為危險(xiǎn)廢物，編號(hào)為321-023-HW48，如果對(duì)這些危險(xiǎn)廢物不及時(shí)利用或處置，廢陰極炭塊中的大量氟化鹽、氰化物等毒害物質(zhì)，經(jīng)過(guò)風(fēng)吹、日曬、雨淋會(huì)逐步轉(zhuǎn)移至大氣、土壤和地下水中，嚴(yán)重影響動(dòng)植物和人類(lèi)的健康及生存。電解鋁廢陰極碳?jí)K中含有用礦物C、NaF、冰晶石和CaF2，而且礦物C純度達(dá)到較高水平，經(jīng)過(guò)處理可以制備成碳質(zhì)還原劑。

[0003]煤炭作為一種傳統(tǒng)的化石燃料，長(zhǎng)期以來(lái)在全球能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位，它被廣泛用于發(fā)電、金屬冶煉生產(chǎn)、水泥制造和作為工業(yè)能源使用。然而，隨著全球氣候變化問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，以及環(huán)境污染和可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，煤炭能源的管控成為了全球能源政策的一個(gè)重要議題。為了應(yīng)對(duì)環(huán)境和氣候問(wèn)題，許多國(guó)家和地區(qū)實(shí)施了一系列政策法規(guī)和措施來(lái)加強(qiáng)對(duì)煤炭能源的管控，這些措施包括限制新建煤電廠、提高排放標(biāo)準(zhǔn)、征收碳稅、提供可再生能源補(bǔ)貼等。煤炭作為煉鉛還原劑每年會(huì)消耗大量，煤炭能源管控對(duì)于煙化爐行業(yè)也有一定的沖擊。

發(fā)明內(nèi)容

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的鋁電解廢碳素處理工藝無(wú)法完全回收或大量利用得到的二次炭質(zhì)廢渣，以及煙化爐煤炭等還原劑緊缺等問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法。本申請(qǐng)通過(guò)利用鋁電解廢碳素經(jīng)過(guò)真空蒸餾、濕法浸出或浮選等方法處理后的二次廢碳素與煤炭、焦炭等傳統(tǒng)還原劑制成復(fù)合還原劑或單獨(dú)使用二次廢碳素作為還原劑，或不經(jīng)任何處理的鋁電解廢碳素作為還原劑用于煙化爐生產(chǎn)，根據(jù)不同處理程度的二次廢碳素對(duì)煙化爐生產(chǎn)的一次風(fēng)用量、二次風(fēng)用量、氧濃度、還原溫度、造渣劑和還原時(shí)間等重要冶煉參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將鋁電解廢碳夾雜的氟化物轉(zhuǎn)化成的氟化鈣，可以改善爐渣的流動(dòng)性及表面張力，降低煙化爐還原熔煉溫度，提升煙化爐物料揮發(fā)率，同時(shí)通過(guò)控制氟元素的帶入量，避免生成危險(xiǎn)固體廢渣，而且通過(guò)利用各種方式處理后的二次廢碳素作為煙化爐還原劑，可以減少原還原劑煤炭的用量，從而實(shí)現(xiàn)了煉鉛還原爐的綠色節(jié)能降碳。

[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

[0006]一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，所述方法包括如下步驟：

[0007](1)將鋁電解廢碳素進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)高溫真空蒸餾將可揮發(fā)性物去除，得到二次廢碳素;

[0008](2)將步驟(1)中所得的二次廢碳素以質(zhì)量比1:100-100:1的比例與粒度碳、煤、焦炭等還原劑制成復(fù)合還原劑;

[0009](3)將步驟(2)中所得的復(fù)合還原劑加入煙化爐進(jìn)行還原操作。

[0010]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中的鋁電解廢碳素還可以通過(guò)高溫非真空蒸餾法、超高溫真空處理、濕法浮選或機(jī)械破碎物理分離等方式進(jìn)行預(yù)處理。

[0011]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中的鋁電解廢碳素為不經(jīng)過(guò)任何方式預(yù)處理的鋁電解廢碳素。

[0012]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中復(fù)合還原劑還包括蒸餾后的陽(yáng)極碳渣或廢陰極炭塊。

[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中復(fù)合還原劑為粉狀、粒狀或塊狀中任一種。

[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中煙化爐為側(cè)吹爐、頂吹爐、真空管式爐或底吹爐中的任一種。

[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中煙化爐內(nèi)熔體還原溫度為100-1800℃;煉鉛還原爐的一次風(fēng)用量和二次風(fēng)用量均為0-10000Nm3/h;煉鉛還原爐的一次風(fēng)氧濃度和二次風(fēng)氧濃度均為20%-100%，煉鉛還原爐的還原時(shí)間為1-1000min;煉鉛還原爐中造渣劑包括石灰、石灰石，石英、鐵礦石、螢石或白云石中任一種或多種。

[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中煙化爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

[0017]PbO+C=Pb+CO;

[0018]PbO+CO=Pb+CO2;

[0019]ZnO+C=Zn+CO;

[0020]ZnO+CO=Zn+CO2。

[0021]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中煙化爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)還包括如下反應(yīng)：

[0022]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0023]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0024]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0025]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0026]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備的積極有益效果在于：

[0028]本發(fā)明提供一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，通過(guò)此方法，本發(fā)明不但可以大量高效、綠色的利用鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的陽(yáng)極炭渣和廢陰極炭塊等廢碳素危險(xiǎn)固體廢棄物，而且還可以對(duì)煙化爐工藝系統(tǒng)的煤炭消耗進(jìn)行能源替代，同時(shí)通過(guò)本發(fā)明的方法既消耗了鋁電解產(chǎn)生的危險(xiǎn)固體廢物廢碳素，也實(shí)現(xiàn)了煙化爐生產(chǎn)的節(jié)能降碳，且不產(chǎn)生新的危險(xiǎn)固體廢物，整個(gè)工藝過(guò)程具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

[0029]圖1是本發(fā)明中一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法的工藝流程圖;

[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中還原后的尾渣物相分析圖;

[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中還原后的尾渣物相分析圖;

[0032]圖4是本發(fā)明實(shí)施例5中還原后的尾渣物相分析圖。

具體實(shí)施方式

[0033]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

[0034]實(shí)施例1

[0035]一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，該方法的具體工藝流程圖如圖1所示，具體包括如下步驟：

[0036](1)將鋁電解廢碳素(廢陰極炭塊)破碎至粒徑為1-3cm，在1100℃、壓力30Pa條件下真空蒸餾2h，得到二次廢碳素，將其研磨至200目以下;

[0037](2)將步驟(1)中研磨后的廢陰極炭塊與煙化爐使用高鋅渣按質(zhì)量比100:20比例混合均勻，加入高鋅渣總質(zhì)量2%的石灰作造渣劑，然后制備成球團(tuán);

[0038](3)將步驟(2)中制備好的球團(tuán)放入坩堝，然后將坩堝放入真空管式爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1350℃，熔煉時(shí)間為2h，一次風(fēng)用量2000Nm3/h，二次風(fēng)用量1000Nm3/h，用風(fēng)的氧濃度為21%。通過(guò)熔煉還原后發(fā)現(xiàn)，高鋅渣還原后的物相分析圖如圖2所示，從圖2可以看出還原后的尾渣主物相為鐵酸鈣，原硅酸鈣和鐵橄欖石，并無(wú)明顯含鋅物相，這表明高新渣還原效果良好，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)預(yù)期;根據(jù)煙化爐高鋅渣中殘留的鋅含量計(jì)算煙化爐高鋅渣中鋅的還原率為80.52%;在真空管式爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

[0039]PbO+C=Pb+CO;

[0040]PbO+CO=Pb+CO2;

[0041]ZnO+C=Zn+CO;

[0042]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0043]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0044]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0045]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0046]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0047]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0048]實(shí)施例2

[0049]一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，具體包括如下步驟：

[0050](1)將鋁電解廢碳素(廢陰極炭塊)破碎至粒徑為1-3cm，在1100℃、壓力30Pa條件下真空蒸餾2h，得到二次廢碳素，，將其研磨至200目以下;

[0051](2)將步驟(1)中研磨后的廢陰極炭塊與粒度碳粉末以質(zhì)量比1:1的比例進(jìn)行混合，制備成復(fù)合還原劑;

[0052](3)將步驟(2)制好的復(fù)合還原劑與煙化爐使用高鋅渣按質(zhì)量比100:10比例混合均勻，加入高鋅渣總質(zhì)量2%的石灰作造渣劑，然后制備成球團(tuán);

[0053](4)將步驟(3)中制備好的球團(tuán)放入坩堝，然后將坩堝放入真空管式爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1250℃，熔煉時(shí)間為2h，一次風(fēng)用量2000Nm3/h，二次風(fēng)用量1000Nm3/h，用風(fēng)的氧濃度為21%。通過(guò)熔煉還原后發(fā)現(xiàn)，高鋅渣還原后的物相分析圖如圖3所示，從圖3可以看出還原后的尾渣主物相為硅酸鋅鈣，鐵鈣橄欖石和二氧化硅，且硅酸鋅鈣物相衍射峰明顯，這表明高新渣還原效果較差，仍有大量鋅未被還原;根據(jù)煙化爐高鋅渣中殘留的鋅含量計(jì)算煙化爐高鋅渣中鋅的還原率為75.34%;在真空管式爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

[0054]PbO+C=Pb+CO;

[0055]PbO+CO=Pb+CO2;

[0056]ZnO+C=Zn+CO;

[0057]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0058]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0059]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0060]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0061]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0062]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0063]實(shí)施例3

[0064]一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，具體包括如下步驟：

[0065](1)將鋁電解廢碳素(廢陰極炭塊)破碎至粒徑為1-3cm，在1100℃、壓力30Pa條件下真空蒸餾2h，得到二次廢碳素，將其研磨至200目以下;

[0066](2)將步驟(1)中研磨后的廢陰極炭塊與粒度碳粉末以質(zhì)量比2:1的比例進(jìn)行混合，制備成復(fù)合還原劑;

[0067](3)將步驟(2)制好的復(fù)合還原劑與煙化爐使用高鋅渣按質(zhì)量比100:20比例混合均勻，加入高鋅渣總質(zhì)量2%的石灰作造渣劑，然后制備成球團(tuán);

[0068](4)將步驟(3)中制備好的球團(tuán)放入坩堝，然后將坩堝放入真空管式爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1350℃，熔煉時(shí)間為2h，一次風(fēng)用量2000Nm3/h，二次風(fēng)用量1000Nm3/h，用風(fēng)的氧濃度為21%。通過(guò)熔煉還原后發(fā)現(xiàn)，根據(jù)煙化爐高鋅渣中殘留的鋅含量計(jì)算煙化爐高鋅渣中鋅的還原率為81.59%;在真空管式爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

[0069]PbO+C=Pb+CO;

[0070]PbO+CO=Pb+CO2;

[0071]ZnO+C=Zn+CO;

[0072]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0073]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0074]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0075]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0076]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0077]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0078]實(shí)施例4

[0079]一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，具體包括如下步驟：

[0080](1)將鋁電解廢碳素(廢陰極炭塊)破碎至粒徑為1-3cm，在1100℃、壓力30Pa條件下真空蒸餾2h，得到二次廢碳素，將其研磨至200目以下;

[0081](2)將步驟(1)中研磨后的廢陰極炭塊與粒度碳粉末以質(zhì)量比1:2的比例進(jìn)行混合，制備成復(fù)合還原劑;

[0082](3)將步驟(2)制好的復(fù)合還原劑與煙化爐使用高鋅渣按質(zhì)量比100:20比例混合均勻，加入高鋅渣總質(zhì)量2%的石灰作造渣劑，然后制備成球團(tuán);

[0083](4)將步驟(3)中制備好的球團(tuán)放入坩堝，然后將坩堝放入真空管式爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1350℃，熔煉時(shí)間為2h，一次風(fēng)用量2000Nm3/h，二次風(fēng)用量1000Nm3/h，用風(fēng)的氧濃度為21%。通過(guò)熔煉還原后發(fā)現(xiàn)，根據(jù)煙化爐高鋅渣中殘留的鋅含量計(jì)算煙化爐高鋅渣中鋅的還原率為87.65%;在真空管式爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

[0084]PbO+C=Pb+CO;

[0085]PbO+CO=Pb+CO2;

[0086]ZnO+C=Zn+CO;

[0087]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0088]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0089]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0090]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0091]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0092]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0093]實(shí)施例5

[0094]一種鋁電解廢碳素用于煙化爐的方法，具體包括如下步驟：

[0095](1)將鋁電解廢碳素(廢陰極炭塊)破碎至粒徑為1-3cm，在1100℃、壓力30Pa條件下真空蒸餾2h，得到二次廢碳素，將其研磨至200目以下;

[0096](2)將步驟(1)中研磨后的廢陰極炭塊與粒度碳粉末以質(zhì)量比1:5的比例進(jìn)行混合，制備成復(fù)合還原劑;

[0097](3)將步驟(2)制好的復(fù)合還原劑與煙化爐使用高鋅渣按質(zhì)量比100:30比例混合均勻，加入高鋅渣總質(zhì)量2%的石灰作造渣劑，然后制備成球團(tuán);

[0098](4)將步驟(3)中制備好的球團(tuán)放入坩堝，然后將坩堝放入真空管式爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1350℃，熔煉時(shí)間為2h，一次風(fēng)用量2000Nm3/h，二次風(fēng)用量1000Nm3/h，用風(fēng)的氧濃度為21%。通過(guò)熔煉還原后發(fā)現(xiàn)，高鋅渣還原后的物相分析圖如圖4所示，從圖4可以看出還原后的尾渣主物相為鐵酸鈣和鐵橄欖石，并無(wú)明顯含鋅物相，這表明高新渣還原效果良好，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)預(yù)期;根據(jù)煙化爐高鋅渣中殘留的鋅含量計(jì)算煙化爐高鋅渣中鋅的還原率為90.26%;在真空管式爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

[0099]PbO+C=Pb+CO;

[0100]PbO+CO=Pb+CO2;

[0101]ZnO+C=Zn+CO;

[0102]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0103]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0104]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0105]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0106]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0107]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0108]顯然，上述實(shí)施例僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。

說(shuō)明書(shū)附圖(4)